物理层

2.1物理层的基本概念

  1. 物理层考虑的是如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。
    作用：尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
  2. 物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些接口：
    机械特性：接线器的形状和尺寸等；（硬件）
    电气特性：电压范围；
    功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义；
    过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.2数据通信的基础知识

  1. 数据通信系统的模型
    三大部分：源系统（发送端、发送方）、传输系统、目的系统（接受端）
  2. 常用术语：
    消息：语音、文字、图像等.
    数据：运送消息的实体。有意义的符号序列，如0110.
    信号：数据的电气或电磁的表现.
    （1）模拟信号：消息参数的取值是连续的.
    （2）数字信号：消息的参数是离散的。
    如图，上为模拟信号，下为数字信号.

    码元：在使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
    使用二进制编码时，只有两种不同的码元：0/1.
  3. 有关信道的几个基本概念
    信道：一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
    单向信道（单工通信）：只能有一个方向的通信，没有反方向的交互。

    双向交替通信（半双工通信）：通信的双方都可以发送信息，但双方不能同时发生和接受。

    双向同时通信（全双工通信）：通信的双方都可以同时发送和接受信息。

    基带信号（基本频带信号）：来自信源的信号，包含较多低频成分，甚至有直流成分。
    调制：
    基带调制：把数字信号转化为另一种形式的数字信号，这个过程称为编码。
    常用的编码方式：
    不归零制、归零制、曼切斯特编码、差分曼切斯特编码。

    不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力）。
    原因：不归零制连续相同的电平没有时钟区分，区分不出有多少个信号。曼切斯特编码、差分曼切斯特编码具有自同步能力。
    带通调制：使用载波进行调制，将基带信号的频率范围搬迁到较高的频段，并转化为模拟信号。经过这个过程的信号叫做带通信号。
    由于许多信道不能传输低频分量或者直流分量，必须对基带信号进行调制。
    基本的带通调制方法：
    调幅（振幅）AM、调频（频率）FM、调相（初始相位）PM

    正交振幅调制：一种多元制的振幅相位混合调制方法，达到更高的信息传输速率。
    4.信道的极限容量
    码元传输速率越高，或者信号传输的距离越远，或者噪声干扰越大，或者传输媒体质量越差，在接受端的波形的失真就越严重。
    限制因素：
    信道能够通过的频率范围、信噪比。
    （1）信道能通过对频率范围
    码间串扰：接受端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限。
    奈氏准则：码元传播的最高速率=2W（码元/秒），W（Hz为带宽）
    （2）信噪比
    信噪比：信号的平均功率（S）和噪声的平均功率(N)之比。S/N.单位dB.
    信噪比= 10lg(S/N)(dB)
    （3）香农公式
    信道的极限信息传输速率：
    C = Wlog2（1+S/N）(bit/s)
    提高信息的传输速率的方法：用编码的方式让每一个码元携带更多比特的信息量。

2.3物理层下面的传输媒体

  1. 传输媒体：数据传输系统中在发送器和接受器之间的物理通路。
  2. 类别：导引型传输媒体；非导引型传输媒体
  3. 导引型
    （1）双绞线：绞合度越高，数据传输率越高。

    （2）同轴电缆

    （3）光缆
    光纤是光纤通信的传输媒体。通过传递光脉冲来进行通信。

    光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射。

    （1）多模光纤
    （2）单模光纤

    光缆：将光纤做成结实的光缆，使抗拉强度达到几公斤，完全可以满足工程施工的强度要求。
  4. 非导引型传输媒体
    利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信。
    （1）多径效应：从A点发送信息到B点，路径越长，失真越大。

    （2）微波接力：中继站把前一站送来的信号放大后再发送到下一站。

    （3） 无线局域网使用的ISM频段
    ISM（工业、科学、医疗）频段为国际电信联盟（ITU）《无线电规则》定义的指定无线电频段。
    无线局域网：使用无线信道的计算机局域网。

2.4信道复用技术

复用：允许用户使用一个共享信道进行通信。

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  1. 频分复用、时分复用和统计时分复用
    （1）频分复用（FDM）——空间上划分
    将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

    （2）时分复用（TDM）——时间上划分

    将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）,每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
    （3） 频分多址、时分多址
    频分多址：N 个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这 N 个频带。
    时分多址：让 N 个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这 N 个时隙。
    （4）存在的问题：
    时分复用会导致信道利用率不高。可采用统计时分复用（STDM）——动态分配时隙。
  2. 波分复用WDM
    光的频分复用，使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
  3. 码分复用CDMA
    每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
    （1）当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址 CDMA 。
    工作原理：
    a.为每个战分配一个唯一的mbit的码片序列，相当于地址。如果该站想发送1，则发送原码；想发送0，则发送反码。
    b.每个站分配的码片序列：各不相同，且互相正交。
    要求：T站和S站的码片规格化内积为0.任何一个码片向量和该码片向量本身的规格化内积都为1.和反码本身规格化内积为-1.

gRPC的双工方式 gpon的双工工作原理_笔记_02

2.5数字传输系统

目前，大都采用时分复用 PCM 的数字传输方式。
（1）同步光纤网 SONET：为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构。传输速率以 51.84 Mbit/s 为基础。
（2）同步数字系列 SDH ，SDH 的基本速率为 155.52 Mbit/s.

2.6宽带接入技术

  1. 美国联邦通信委员会 FCC 定义：宽带下行速率达 25 Mbit/s，宽带上行速率达 3 Mbit/s。
  2. 类别：有线、无线
  3. 非对称数字用户线 ADSL 技术：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承
    载宽带业务    。ADSL 技术把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
    （1）ADSL 调制解调器
    相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。
    （2）ADSL 的组成
    数字用户线接入复用器 DSLAM，用户线和用户家中的一些设施。
  4. 光纤同轴混合网（HFC网）
    把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤。HFC 网具有双向传输功能，扩展了传输频带。
  5. FTTx 技术
    代表多种宽带光纤接入方式。
  6. 光配线网
    位于光纤干线和广大用户之间。
    无源的光配线网常称为无源光网络 PON (Passive Optical Network)。2 种最流行的无源光网络：以太网无源光网络 EPON (Ethernet PON)、吉比特无源光网络 GPON (Gigabit PON)。